CN107907145A - 低噪声平面磁传感器 - Google Patents

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文玉梅
李平
卞雷祥
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Abstract

本发明提供一种低噪声平面磁传感器，包括一衬底、一平面线圈和至少一减噪结构；所述减噪结构和所述平面线圈固定于所述衬底，且所述减噪结构与所述平面线圈部分贴合固定；所述减噪结构包括至少一第一导磁材料层和至少一第一绝缘层，所述第一导磁材料层形成涡流抑制结构，所述第一导磁材料层、所述第一绝缘层和所述平面线圈依次层叠布设。本发明的一种低噪声平面磁传感器，其具有体积小、噪声小、灵敏度高、分辨率高和稳定性好的优点。

Description

低噪声平面磁传感器
技术领域
本发明涉及磁传感器领域，尤其涉及一种低噪声平面磁传感器。
背景技术
磁传感器是用途最广泛的传感器之一，通过磁场测量可以直接或者间接测量很多种物理、化学、生物等参数。由线圈和导磁材料复合构成的磁传感器，由于材料的磁导率是外磁场的函数，而电感量依赖于导磁材料的磁导率，从而实现磁场传感。电感型传感器工作时，需要交流电流激励，电流激励一部分转换成磁场能量，而一部分转换成焦耳热能量，焦耳热能量实际成为传感器内的主要噪声来源。在电感型磁传感器中，焦耳热能量一部分产生自线圈欧姆电阻，另一部产生自导磁材料中电磁感应产生的涡流。降低电感型磁传感器的涡流损耗，有助于提高传感器的灵敏度，增强传感性能。
发明内容
针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种低噪声平面磁传感器，其具有体积小、噪声小、灵敏度高、分辨率高和稳定性好的优点。
为了实现上述目的，本发明提供一种低噪声平面磁传感器，包括一衬底、一平面线圈和至少一减噪结构；所述减噪结构和所述平面线圈固定于所述衬底，且所述减噪结构与所述平面线圈部分贴合固定；所述减噪结构包括至少一第一导磁材料层和至少一第一绝缘层，所述第一导磁材料层形成涡流抑制结构，所述第一导磁材料层、所述第一绝缘层和所述平面线圈依次层叠布设。
优选地，所述平面线圈呈矩形
优选地，所述涡流抑制结构包括多个缝隙；所述缝隙的长度方向与所述平面线圈对应该缝隙处流经的电流方向相交。
优选地，所述涡流抑制结构包括多个长度方向与一预设方向平行的缝隙；所述缝隙的宽度小于所述第一导磁材料层的厚度。
优选地，所述涡流抑制结构包括格栅，所述格栅缝隙的宽度小于所述第一导磁材料层的厚度。
优选地，所述减噪结构包括两所述第一导磁材料层和两所述第一绝缘层，两所述第一导磁材料层分别对置于所述平面线圈的两面；所述第一导磁材料层和所述平面线圈之间设置有所述第一绝缘层。
优选地，所述减噪结构还包括至少一第二导磁材料层和至少一第二绝缘层，所述第二导磁材料层、所述第二绝缘层、所述第一导磁材料层、所述第一绝缘层和所述平面线圈依次层叠布设。
优选地，所述第一导磁材料层和所述第二导磁材料层的材质包括：FeNi合金、硅钢、FeCo合金、铁磁非晶或铁磁纳米晶。
优选地，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层的材质采用氮化硅或二氧化硅。
优选地，所述衬底的材质采用氮化硅。
本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：
涡流抑制结构的采用极大地增加了导磁材料层中涡流回路的电阻，使得涡流产生的焦耳热功率极低，大大减小了涡流损耗和涡流噪声，可以降低磁传感器的噪声水平，有利于提高传感分辨率和稳定性。第二导磁材料层的采用增强了磁效应，同时减小了漏磁，增强了传感器的灵敏度。
附图说明
图1为本发明实施例一的低噪声平面磁传感器的结构示意图；
图2为图1的A-A截面图；
图3为本发明实施例二的低噪声平面磁传感器的结构示意图；
图4为本发明实施例三的低噪声平面磁传感器的结构示意图；
图5为本发明实施例四的低噪声平面磁传感器的结构示意图；
图6为本发明实施例五的低噪声平面磁传感器的结构示意图；
图7为图6的A-A截面图；
图8为本发明实施例六的低噪声平面磁传感器的结构示意图；
图9为图8的A-A截面图。
具体实施方式
下面根据附图1～图9，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本发明的功能、特点。
请参阅图1～图2，本发明实施例一的一种低噪声平面磁传感器，包括一衬底1、一平面线圈2和一减噪结构3；减噪结构3和平面线圈2固定于衬底1，且减噪结构3与平面线圈2部分贴合固定；减噪结构3包括一第一导磁材料层31和一第一绝缘层32，第一导磁材料层31形成涡流抑制结构，第一导磁材料层31、第一绝缘层32和平面线圈2依次层叠布设。
本实施例中，平面线圈2呈矩形。
涡流抑制结构包括多个长度方向与一预设方向平行的缝隙；本实施例中，预设方向与平面线圈2的第一边21垂直。缝隙的宽度小于第一导磁材料层31的厚度。
衬底1的材质采用氮化硅。第一绝缘层32的材质采用二氧化硅。第一导磁材料层31的材质采用FeNi合金。
本实施例中，平面线圈2以溅射或电镀的方法形成于衬底1上，在其他实施例中，也可采用其他任意现有的复合工艺。第一绝缘层32涂覆于平面线圈2的第一边21上。第一导磁材料层31通过溅射或电镀的方法制作形成于第一绝缘层32上，呈条栅状，其缝隙与平面线圈2的第一边21垂直。
涡流抑制结构的采用，极大地增加了导磁材料层中涡流回路的电阻，使得涡流产生的焦耳热功率极低，大大减小了涡流损耗和涡流噪声，可以降低磁传感器的噪声水平，有利于提高传感分辨率和稳定性。
请参阅图3，本发明实施例二的一种低噪声平面磁传感器，其结构与实施例一基本相同，其区别在于，第一导磁材料层31的涡流抑制结构采用格栅。
请参阅图3，本发明实施例三的一种低噪声平面磁传感器，其结构与实施例一基本相同，其区别在于，预设方向与平面线圈2的第一边21相交且呈不为90度的夹角。
请参阅图5，本发明实施例四的一种低噪声平面磁传感器，其结构与实施例一基本相同，其区别在于：包括两减噪结构3，两减噪结构3分别部分贴合固定于平面线圈2的第一边21和第二边22。
请参阅图6和图7，本发明实施例五的一种低噪声平面磁传感器，其结构与实施例四基本相同，其区别在于：减噪结构3包括两第一导磁材料层31和两第一绝缘层32，两第一导磁材料层31分别对置于平面线圈2的两面；第一导磁材料层31和平面线圈2之间设置有第一绝缘层32。
本实施例中，低噪声平面磁传感器的制作过程如下：
首先，通过溅射或者电镀的方法在衬底1上间隔形成两第一导磁材料层31；然后在第一导磁材料层31上分别制作一第一绝缘层32；接着在第一绝缘层32上制作平面线圈2，平面线圈2的第一边21和第二边22分别自两第一绝缘层32上通过；再在两第一绝缘层32的平面线圈2上方再覆盖一层第一绝缘层32；之后，在该第一绝缘层32的上制作形成另一第一导磁材料层31；最后将最上层的第一导磁材料层31和最接近衬底1的另一对应第一导磁材料层31的侧边连通。
请参阅图8和图9，本发明实施例六的一种低噪声平面磁传感器，其结构与实施例五基本相同，其区别在于：减噪结构3还包括两第二导磁材料层34和两第二绝缘层33，第二导磁材料层34、第二绝缘层33、第一导磁材料层31、第一绝缘层32和平面线圈2依次层叠布设。
本实施例中，第二导磁材料层34的材质采用FeNi合金；第二绝缘层33的材质采用氮化硅。第二导磁材料层34呈整片结构，不开设孔、缝。第二导磁材料层34的采用增强了磁效应，同时减小了漏磁，增强了传感器的灵敏度。
具体地，一减噪结构3处的低噪声平面磁传感器结构为：底层为衬底1，然后自下而上依次是：一第二导磁材料层34、一第二绝缘层33、一第一导磁材料层31、一第一绝缘层32、平面线圈2、另一第一绝缘层32、另一第一导磁材料层31、另一第二绝缘层33和另一第二导磁材料层34。
本发明实施例七的一种低噪声平面磁传感器，其结构与实施例六基本相同，其区别在于：第一导磁材料层31和第二导磁材料层34的材质采用硅钢、FeCo合金、铁磁非晶或铁磁纳米晶，在其他实施例中也可采用其他磁材料。第一绝缘层32和第二绝缘层33的材质采用二氧化硅。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种低噪声平面磁传感器，其特征在于，包括一衬底、一平面线圈和至少一减噪结构；所述减噪结构和所述平面线圈固定于所述衬底，且所述减噪结构与所述平面线圈部分贴合固定；所述减噪结构包括至少一第一导磁材料层和至少一第一绝缘层，所述第一导磁材料层形成涡流抑制结构，所述第一导磁材料层、所述第一绝缘层和所述平面线圈依次层叠布设。
2.根据权利要求1所述的低噪声平面磁传感器，其特征在于，所述平面线圈呈矩形。
3.根据权利要求2所述的低噪声平面磁传感器，其特征在于，所述涡流抑制结构包括多个缝隙；所述缝隙的长度方向与所述平面线圈对应该缝隙处流经的电流方向相交。
4.根据权利要求3所述的低噪声平面磁传感器，其特征在于，所述涡流抑制结构包括多个长度方向与一预设方向平行的缝隙；所述缝隙的宽度小于所述第一导磁材料层的厚度。
5.根据权利要求2所述的低噪声平面磁传感器，其特征在于，所述涡流抑制结构包括格栅，所述格栅缝隙的宽度小于所述第一导磁材料层的厚度。
6.根据权利要求1～5任一项所述的低噪声平面磁传感器，其特征在于，所述减噪结构包括两所述第一导磁材料层和两所述第一绝缘层，两所述第一导磁材料层分别对置于所述平面线圈的两面；所述第一导磁材料层和所述平面线圈之间设置有所述第一绝缘层。
7.根据权利要求6所述的低噪声平面磁传感器，其特征在于，所述减噪结构还包括至少一第二导磁材料层和至少一第二绝缘层，所述第二导磁材料层、所述第二绝缘层、所述第一导磁材料层、所述第一绝缘层和所述平面线圈依次层叠布设。
8.根据权利要求7所述的低噪声平面磁传感器，其特征在于，所述第一导磁材料层和所述第二导磁材料层的材质包括：FeNi合金、硅钢、FeCo合金、铁磁非晶或铁磁纳米晶。
9.根据权利要求8所述的低噪声平面磁传感器，其特征在于，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层的材质采用氮化硅或二氧化硅。
10.根据权利要求9所述的低噪声平面磁传感器，其特征在于，所述衬底的材质采用氮化硅。
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